(57)【要約】【課題】ガス供給ノズルからウエハー上の反応領域に供給される工程ガスの分布を均一にすることで、所望の加工工程を均一に行える高密度プラズマ化学気相蒸着装置を提供する。【解決手段】チャンバー本体１１及びチャンバーカバー１２を備えた工程チャンバー１０と、該工程チャンバー１０の内部に工程ガスを供給するために前記工程チャンバー１０の上部に設けられる上部ガス供給ノズル４０と、を含み、前記上部ガス供給ノズル４０は、水平方向に形成された板状の水平部４２を有するノズル本体４１と、該ノズル本体４１に沿って垂直方向に形成されるガス供給流路４４と、前記水平部４２の下面に付着されて流路を形成するノズルカバー５０と、前記流路に連通するとともに、前記工程チャンバー１０内の半導体基板Ｗ側に均一に工程ガスを供給するために前記ノズルカバー５０に形成される複数のガス流入口６０と、を含んで高密度プラズマ化学気相蒸着装置を構成する。【選択図】図１
2006245533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー本体及びチャンバーカバーを備えた工程チャンバーと、
前記工程チャンバーの内部に工程ガスを供給するために前記工程チャンバーの上部に設けられる上部ガス供給ノズルと、を含み、
前記上部ガス供給ノズルは、
水平方向に形成された板状の水平部を有するノズル本体と、
前記ノズル本体に沿って垂直方向に形成されるガス供給流路と、
前記水平部の下面に付着されて流路を形成するノズルカバーと、
前記流路に連通するとともに、前記工程チャンバー内の半導体基板側に均一に工程ガスを供給するために前記ノズルカバーに形成される複数のガス流入口と、
を含むことを特徴とする高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項２】
前記ノズルカバーは、カバー底と、前記カバー底から垂直方向に対して所定角度で延長された円錐状のカバー側壁と、を含み、
前記複数のガス流入口は、放射状に半導体基板に工程ガスを噴射するように前記円錐状のカバー側壁に円周方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項３】
前記上部ガス供給ノズルは、前記ノズルカバーの中央下面に付着されるノズルキャップをさらに含み、前記カバー底には、前記ガス供給流路と同軸を有しながら、前記流路及びガス供給流路のいずれか一つに連通するカバー流路が形成され、前記ノズルキャップには、前記カバー流路に連通される一方、水平方向に対して所定角度で傾斜した複数の第２ガス流入口が形成されることを特徴とする請求項２に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項４】
前記ガス供給流路は、中心軸に沿って配置されて前記カバー流路に工程ガスを供給する第１供給流路と、前記第１供給流路の外郭に位置し、前記カバー側壁に形成されたガス流入口に前記流路を通して工程ガスを供給する第２供給流路と、前記第１供給流路と第２供給流路とを区分する中間部材と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項５】
前記ノズルカバーは、凸球面状を有して形成される底面を有し、複数の列のガス流入口は、垂直方向に対して所定角度だけ傾斜してノズルカバーの中心軸から半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項６】
垂直方向に対して傾斜した前記ガス流入口の所定角度は、前記各ガス流入口と前記ノズルカバーの中心軸との距離が増加するにつれて徐々に増加することを特徴とする請求項５に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項７】
前記ガス流入口の直径は、前記各ガス流入口と前記ノズルカバーの中心軸との距離が増加するにつれて徐々に増加することを特徴とする請求項５に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項８】
前記ノズルカバーは、平らな円盤状に形成された底面を有し、複数の列のガス流入口は、垂直方向に対して所定角度だけ傾斜してノズルカバーの中心軸から半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項９】
垂直方向に対して傾斜した前記ガス流入口の所定角度は、前記各ガス流入口と前記ノズルカバーの中心軸との距離が増加するにつれて徐々に増加することを特徴とする請求項８に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項１０】
前記ガス流入口の直径は、前記各ガス流入口と前記ノズルカバーの中心軸との距離が増加するにつれて徐々に増加することを特徴とする請求項８に記載の高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項１１】
前記チャンバーカバーには、前記工程チャンバーの内部にクリーニングガスを供給するために、前記上部ガス供給ノズルの周りにクリーニングガス流路がさらに設けられ、
前記ノズル本体の水平部は、前記工程チャンバーのチャンバーカバーと所定距離だけ離隔され、前記水平部とチャンバーカバーとの間には、前記クリーニングガス流路に連通される真空チャネルが形成されることで、前記クリーニングガス流路を通過したクリーニングガスが、前記チャンバー本体の水平部によって屈折されてから工程チャンバーの内部に供給されることを特徴とする請求項１に記載の前記高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項１２】
半導体基板を処理する反応チャンバーと、前記反応チャンバーの上部に配置されたガス供給ノズルと、を含み、
前記ガス供給ノズルは、第１工程ガスを供給するために半導体基板に垂直な第１軸に沿って配置された第１ガス供給流路と、
所定角度で前記反応チャンバー内に第１工程ガスを注入するために、前記第１軸に対して所定角度だけ傾斜して第１ガス供給流路に連通される複数のガス流入口と、を含むことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項１３】
前記複数のガス流入口は、前記ガス供給ノズルの下面周囲に設けられ、前記所定角度は、半導体基板に平行または垂直でないことを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置。
【請求項１４】
前記ガス供給ノズルは、前記ガス供給ノズルの下面に接触し、前記第１ガス供給流路に連通するガス流入空間を形成する外縁部を備えたノズルカバーをさらに含み、
前記複数のガス流入口は、前記ノズルカバーの外縁部周囲に半径方向に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置。
【請求項１５】
前記ガス供給ノズルは、前記第１ガス供給流路に垂直な前記ガス供給ノズルの下端部に配置されたガス流入空間をさらに含み、前記複数の流入口は、前記ガス流入空間の外部に配置された複数の第１流入口と、前記第１ガス供給流路の下端部に配置された複数の第２流入口と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置。
【請求項１６】
前記ガス供給ノズルは、第２工程ガスを供給するために第１ガス供給流路に平行に配置された第２ガス供給流路と、前記第２ガス供給流路に連通し、前記第１軸に対して第２所定角度で傾斜して第２工程ガスを前記反応チャンバー内に注入する複数の第２ガス流入口と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置。
【請求項１７】
前記複数のガス流入口は、前記ガス供給ノズルの底面に設けられた複数の同心列のガス流入口を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置。
【請求項１８】
前記複数のガス流入口は、
第１所定幅でガス供給ユニットの底面に隣接して配置された第１環状列のガス流入口と、
前記第１環状列のガス流入口によって前記ガス供給ユニットから分離され、第１所定幅より小さい第２所定幅で配置された第２環状列のガス流入口と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置。
【請求項１９】
半導体を処理するための反応チャンバーと、
前記反応チャンバーの上部に配置されたガス供給ノズルと、を含み、
前記ガス供給ノズルは、半導体の主面(major plane)に対して第１所定角度で半導体の第１領域側に工程ガスを注入するための複数の第１ガス流入口と、前記半導体の主面に対して第２所定角度で第１領域の内部に配置された半導体の第２領域側に工程ガスを注入するための複数の第２ガス流入口と、を含むことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２０】
前記半導体の主面側に工程ガスを注入するために、反応チャンバーの側部に配置された側方ガス供給ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度プラズマ化学気相蒸着装置に関するもので、詳しくは、半導体基板に供給される工程ガスを均一に噴射するために、ガス供給ノズルの構造を改善した高密度プラズマ化学気相蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学気相蒸着（ＣＶＤ）は、半導体工程技術の一つであり、化学反応を用いてウエハーの表面上に単結晶の半導体膜や絶縁膜などを形成する方法である。ところが、ＣＶＤ方法は、蒸着工程後、ウエハーを高い温度で熱処理する過程を経るため、高い温度によってウエハーの半導体素子が劣化するという問題点があった。また、最近、半導体製造技術の急速な発達に伴い、半導体素子が高集積化され、かつ、各金属配線間の間隔が微細化されることで、ＣＶＤ方法は、各金属配線間のギャップを完全に埋めるのに限界があった。
【０００３】
そのため、各金属配線間のギャップを埋める能力を極大化するために、層間絶縁膜を形成する工程が開発されたが、その一つが高密度プラズマ化学気相蒸着（ＨＤＰＣＶＤ）方法である。このＨＤＰＣＶＤは、従来のプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）より高いイオン化効率を有するように、電場及び磁場の印加によって高密度のプラズマイオンを生成し、ソースガスを分解することで、ウエハー上に絶縁膜を蒸着する方法である。このとき、ＨＤＰＣＶＤは、プラズマを発生するソース電源と、ウエハー上に蒸着された層間絶縁膜をエッチングするバイアス電源と、を層間絶縁膜の蒸着中に同時に印加することで、層間絶縁膜の蒸着及びスパッタエッチングを同時に行っている。
【０００４】
これらの工程を行うとき、反応室内に供給される工程ガスがウエハーの周囲に均一に分布した状態であると、半導体基板の表面の蒸着が均一になって優れた膜を得られる。かつ、エッチング工程を行うときも、工程ガスがウエハーの周囲に均一に分布した状態であると、ウエハー全面のスパッタリングが均一になって所望のエッチング工程を行える。
【０００５】
しかしながら、これら工程は、３〜１０ｍＴｏｒｒ程度の非常に低い圧力で行われるため、反応室内の工程ガスの分布が非常に敏感に変化する。よって、ウエハーの周囲に工程ガスを均一に分布するためには、ガス分配装置を精密に設計すべきである。
【０００６】
特許文献１には、ＨＤＰＣＶＤ工程チャンバー内に工程ガスを供給するための従来のガス分配装置が開示されている。これに開示されたように、従来のガス分配装置は、工程チャンバーの側面周りに設置され、工程チャンバー内に工程ガスを供給する多数の側方ガス供給ノズルと、工程チャンバーの上側中央部に設置され、工程チャンバーの上部に工程ガスを供給する上部ガス供給ノズルと、を含む。また、多数の側方ガス供給ノズルは、第１工程ガス及び第２工程ガスを工程チャンバー内に供給するために、第１ガス供給源及び第２ガス供給源にそれぞれ連結される第１及び第２ガス供給ノズルからなり、上部ガス供給ノズルは、第３工程ガス及び第４工程ガスを工程チャンバー内に供給するために、第３ガス供給源及び第４ガス供給源にそれぞれ連結される第３ガス供給通路及び第４ガス供給通路からなる。
【０００７】
しかしながら、従来のガス分配装置において、工程チャンバー内に工程ガスを供給する上部ガス供給ノズルの工程ガス注入口が垂直方向に一つだけ形成されるため、上部ガス供給ノズルを通して供給された工程ガスが相対的にウエハーの中央部に集中することで、ウエハーの全面に膜を均一に蒸着するのに限界があった。また、膜の均一性を向上するために側方ガス供給ノズルを用いた場合も、側方ガス供給ノズルから注入される工程ガスは、ウエハーの縁部から５〜７ｃｍ以上離れた部分までには伝達されなかった。
【０００８】
さらに、次世代半導体技術は、２００ｍｍの直径を有するウエハーの代りに、３００ｍｍの直径を有するウエハーを必要とするため、従来のガス供給装置が直径の大きいウエハーに適用されると、上部ガス供給ノズルによって直接的な影響を受けるウエハーの中央部または側方ガス供給ノズルによって影響を受けるウエハーの縁部と、これらの間の部分と、の間における蒸着が一層不均一になる。
【特許文献１】米国特許６，４８６，０８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ガス供給ノズルからウエハー上の反応領域に供給される工程ガスの分布を均一にすることで、所望の加工工程を均一に行える高密度プラズマ化学気相蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明による高密度プラズマ化学気相蒸着装置は、チャンバー本体及びチャンバーカバーを備えた工程チャンバーと;前記工程チャンバーの内部に工程ガスを供給するために前記工程チャンバーの上部に設けられる上部ガス供給ノズルと;を含み、前記上部ガス供給ノズルは、水平方向に形成された板状の水平部と、前記水平部から上方に延長された垂直部と、を備えたノズル本体と;前記ノズル本体に沿って垂直方向に形成されるガス供給流路と;前記水平部の下面に付着されて流路を形成するノズルカバーと;前記流路に連通するとともに、前記工程チャンバー内の半導体基板側に均一に工程ガスを供給するために前記ノズルカバーに形成される複数のガス流入口と;を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記ノズルカバーは、カバー底と、前記カバー底から垂直方向に対して所定角度で延長された円錐状のカバー側壁と、を含み、前記複数のガス流入口は、放射状に半導体基板に工程ガスを噴射するように前記円錐状のカバー側壁に円周方向に形成されることを特徴とする。
【００１２】
また、前記上部ガス供給ノズルは、前記ノズルカバーの中央下面に付着されるノズルキャップをさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
また、前記ノズルキャップをさらに含む場合、前記カバー底には、前記ガス供給流路と同軸を有しながら、前記流路及びガス供給流路のいずれか一つに連通するカバー流路が形成され、前記ノズルキャップには、前記カバー流路に連通される一方、水平方向に対して所定角度で傾斜した複数の第２ガス流入口が形成され、前記カバー側壁に形成された各ガス流入口のみならず、前記ノズルキャップに形成された各ガス流入口を通して半導体基板の中心付近に工程ガスを供給することを特徴とする。
【００１４】
また、前記ノズルカバーは、外側底面が凸球面状、すなわちシャワーヘッド状や平らな円盤状を有して形成され、前記ノズルカバーの垂直方向に対して傾斜した複数の列のガス流入口は、ノズルカバーの中心軸から半径方向に形成され、工程ガスが半導体基板の中央部及びそれに隣接した中間部に均一に噴射することを特徴とする。
【００１５】
また、ノズルカバーの半径方向に沿って複数の列のガス流入口が形成される場合、垂直方向に対して傾斜した前記ガス流入口の所定角度が、前記各ガス流入口と前記ノズルカバーの中心軸との距離が増加するにつれて徐々に増加し、前記ガス流入口の直径が、前記各ガス流入口と前記ノズルカバーの中心軸との距離が増加するにつれて徐々に増加することで、工程ガスを効果的に分配することを特徴とする。
【００１６】
また、前記ガス供給流路は、中間部材によって内・外郭に分離された第１ガス供給流路及び第２ガス供給流路を含み、前記二つのガス供給流路を通して相異なる工程ガスを工程チャンバー内に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、工程チャンバー内に工程ガスを均一に分配するために設計された上部ガス供給ノズルにより、半導体基板Ｗ上で膜蒸着工程などを均一に行えるという効果がある。
【００１８】
特に、本発明は、側方ノズルから供給される工程ガスが伝達されない半導体基板の中間部Ｗ１と他の反応領域との間の不均衡を解消することで、全体的な均一性を向上できるという効果がある。
【００１９】
また、半導体基板が大きくなるほど、反応領域の間の不均衡が一層大きくなるので、本発明の上記の効果が３００ｍｍの直径を有するウエハーに対してさらに効果的に作用することで、半導体製造工程を一層経済的かつ効率的に行えるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による高密度プラズマ化学気相蒸着装置を示した断面図で、図２は、図１の半導体基板Ｗを示した平面図で、図３乃至図７は、本発明の各実施形態による高密度プラズマ化学気相蒸着装置の上部ガス供給ノズルを示した断面図である。
【００２１】
図１に示すように、半導体基板Ｗの加工工程を行うための工程チャンバー１０は、上部が開放された円筒状のチャンバー本体１１と、このチャンバー本体１１の開放された上部を覆うチャンバーカバー１２と、を含む。ここで、高密度プラズマ化学気相蒸着装置(以下、‘ＨＤＰＣＶＤ装置’という)によって行う加工工程は、半導体基板Ｗ上に薄膜を形成する蒸着工程と、半導体基板Ｗ上に形成された薄膜をエッチングして特定のパターンを形成するエッチング工程と、を含む。
【００２２】
工程チャンバー１０の内部には、半導体基板Ｗを支持するためのチャック１３が設置されるが、このチャック１３は、静電気力によって半導体基板Ｗを固定する静電チャックである。一方、前記チャック１３には、プラズマ状態の工程ガスを半導体基板Ｗに誘導するためのバイアス電源が印加される。
【００２３】
チャンバーカバー１２の上部には、工程チャンバー１０内に供給される工程ガスをプラズマ状態にするための電磁場を形成する誘導コイル１４が設置され、この誘導コイル１４には高周波電源１５が連結される。一方、チャンバーカバー１２は、高周波エネルギーが伝達される絶縁体材料、好ましくは、酸化アルミニウム及びセラミック材質からなる。
【００２４】
また、チャンバーカバー１２の下端部及び上側中央部には、工程チャンバー１０内で蒸着またはエッチング工程を行えるように、工程チャンバー１０内に工程ガスを供給する多数のガス供給ノズル３０，４０が設置される。
【００２５】
チャンバー本体１１の下部には、工程チャンバー１０から反応副産物及び未反応ガスを排出するための排出口１６が形成され、この排出口１６に連結された排出管１７には、工程チャンバー１０の内部を真空状態に維持するための真空ポンプ１８及び圧力制御装置１９が設置される。
【００２６】
図１のＨＤＰＣＶＤ装置を用いて蒸着工程を行うとき、工程チャンバー１０内のチャック１３によって半導体基板Ｗを固定し、蒸着を行うための工程ガスを多数のガス供給ノズル３０，４０を通して工程チャンバー１０内に供給する。また、真空ポンプ１８及び圧力制御装置１９の動作によって工程チャンバー１０を真空状態に維持し、高周波電源１５から誘導コイル１４に電源を印加することで工程ガスをプラズマ状態にする。その結果、工程ガスの解離によって化学反応が発生することで、半導体基板Ｗの表面に薄膜が蒸着される。
【００２７】
ここで、蒸着工程を均一に行うために、工程ガスは、半導体基板Ｗの周囲に均一に分布されるとともに、高密度を有するべきである。したがって、図１のＨＤＰＣＶＤ装置は、半導体基板Ｗ上の反応領域に工程ガスを均一に供給するために、工程チャンバー１０の側方周りに設置される多数の側方ガス供給ノズル３０と、チャンバーカバー１２の上側中央部に設置される上部ガス供給ノズル４０と、を備えている。
【００２８】
多数の側方ガス供給ノズル３０は、チャンバーカバー１２の下端に結合される円状のガス分配リング２０内に互いに同一の間隔をなして設置される。また、ガス分配リング２０には、各側方ガス供給ノズル３０に工程ガスを供給するためのガス案内溝２１が形成され、このガス案内溝２１は、配管２３を通して第１工程ガスを供給する第１ガス供給部２２に連結される。このような構造により、第１ガス供給部２２から供給される第１工程ガスは、多数の側方ガス供給ノズル３０を通して工程チャンバー１０の内部に供給される。
【００２９】
図２に示すように、半導体基板Ｗは、中央部Ｗ２及び中間部Ｗ１を含む。一方、側方ガス供給ノズル３０は、半導体基板Ｗの中央部Ｗ２及び中間部Ｗ１に工程ガスを均一に供給するのに限界がある。したがって、本発明の多様な実施形態による上部ガス供給ノズル４０は、半導体基板Ｗの中央部Ｗ２及び中間部Ｗ１に工程ガスを均一に供給するために改善されたものである。
【００３０】
図１乃至図３に示すように、工程チャンバー１０の上部に設けられる上部ガス供給ノズル４０は、ノズル本体４１、ガス供給流路４４、ノズルカバー５０及び複数のガス流入口６０を含んで構成される。
【００３１】
ノズル本体４１は、板状の水平部４２と、この水平部４２から延長されてチャンバーカバー１２の上部に固定される垂直部４３と、を含み、ノズル本体４１の水平部４２は、平らな円盤状を有して形成される。
【００３２】
ガス供給流路４４は、半導体基板Ｗに垂直な軸に沿って前記ノズル本体４１内に垂直方向に設けられ、このガス供給流路４４には、配管４６を通して第２工程ガスを供給する第２ガス供給部４５が連結される。
【００３３】
ノズルカバー５０は、半導体基板Ｗと平行になるように前記ノズル本体４１の水平部４２の下面に付着され、前記ノズルカバー５０には、工程チャンバー１０内の半導体基板Ｗに工程ガスを均一に供給するための複数のガス流入口６０が形成される。
【００３４】
図３に示すように、本発明の第１実施形態による上部ガス供給ノズル４０ａのノズルカバー５０は、水平方向に形成されるカバー底５１と、このカバー底５１の縁部から垂直方向に対して所定角度で延長されたカバー側壁５２と、を備えている。このとき、カバー底５１は、円盤状を有することが好ましく、この場合、ノズルカバー５０は、上部が開放された截頭円錐状を有する。このノズルカバー５０は、前記ノズル本体４１の水平部４２の下面に付着され、前記カバー側壁５２によって水平部４２の下面とカバー底５１との間に形成されたガス流入空間５３は、ガス供給流路４４に連通される。
【００３５】
一方、前記カバー側壁５２には、放射状に第２工程ガスを均一に噴射するために、複数のガス流入口６０が円周方向に形成される。このとき、カバー側壁５２が垂直方向に対して角度θだけ傾いていると仮定すると、各ガス流入口６０が前記カバー側壁５２に対して垂直である場合、前記各ガス流入口６０は、水平方向に対して角度θだけ傾いて半導体基板Ｗに第２工程ガスを供給する。
【００３６】
図３に示すように上部ガス供給ノズル４０ａを構成すると、第２ガス供給部４５から供給された第２工程ガスは、ガス供給流路４４を通してガス流入空間５３に流入された後、カバー側壁５２に形成された各ガス流入口６０を通して半導体基板Ｗに供給される。ここで、各ガス流入口６０は、カバー側壁５２に円周方向に形成され、第２工程ガスを円滑に分配するために下方に傾斜しているので、第２工程ガスが半導体基板Ｗの中央部Ｗ２及び中間部Ｗ１に均一に分配される。
【００３７】
図４に示すように、本発明の第２実施形態による上部ガス供給ノズル４０ｂは、図３の上部ガス供給ノズル４０ａと類似しているが、次のような点で相異なる。
【００３８】
図４の上部ガス供給ノズル４０ｂは、前記カバー底５１の中央下面に付着されるノズルキャップ５４を含み、前記カバー底５１には、ガス供給流路４４と同軸を有しながら前記カバー底５１を貫通するカバー流路５１ａが形成される。ノズルキャップ５４は、前記ノズルカバー５０と同じく、截頭円錐状を有して形成される。特に、ノズルキャップ５４は、側壁を貫通する複数のガス流入口６０を含むが、このノズルキャップ５４のガス流入口６０は、所定間隔を有して円周方向に配置され、前記カバー流路５１ａに連通される。
【００３９】
したがって、第２工程ガスは、第２ガス供給部４５からガス供給流路４４を通してガス流入空間５３に流入された後、カバー側壁５２及びノズルキャップ５４に形成された各ガス流入口６０を通して半導体基板Ｗに供給される。その結果、第２工程ガスは、カバー側壁５２に形成された各ガス流入口のみならず、ノズルキャップ５４に形成された各ガス流入口を通して半導体基板の中央部Ｗ２及び中間部Ｗ１に均一に分配されるので、反応領域の均一な分配を一層強化できる。
【００４０】
図５に示すように、本発明の第３実施形態による上部ガス供給ノズル４０ｃは、図４の上部ガス供給ノズル４０ｂと類似しているが、次のような点で相異なる。
【００４１】
図５の上部ガス供給ノズル４０ｃは、ノズル本体４１の中央部に位置して前記カバー流路５１ａ側に第２工程ガスを供給する第１ガス供給流路４４ａと、この第１ガス供給流路４４ａの外郭に位置し、ノズルカバー５０のカバー側壁５２に形成された各ガス流入口６０に第３工程ガスを供給する第２ガス供給流路４４ｂと、を含む。このとき、図１に示してないが、第２ガス供給流路４４ｂには、配管を通して第３工程ガスを供給する第３ガス供給部が連結される。前記第１ガス供給流路４４ａ及び第２供給流路４４ｂは、これら二つの流路４４ａ，４４ｂの間に設けられる中間部材４４ｃによって互いに隔離される。ここで、前記第１ガス供給流路４４ａの下端は、カバー底５１内のカバー流路５１ａに連通され、前記第２ガス供給流路４４ｂの下端は、ノズルカバー５０のガス流入空間５３に連通される。
【００４２】
上記の構成により、第１供給流路４４ａを通して供給される第２工程ガスは、ノズルキャップ５４に形成された各ガス流入口６０を通して工程チャンバー１０内に注入され、第２供給流路４４ｂを通して供給される第３工程ガスは、カバー側壁５２に形成された各ガス流入口６０を通して工程チャンバー１０の内部に注入される。ここで、第２及び第３工程ガスは、工程チャンバー１０内に分離されて供給される。よって、第２及び第３工程ガスが半導体基板Ｗに供給されるときにそれらの量を独立的に制御すると、半導体基板Ｗ上に均一な膜を蒸着するのに最適な状態になるように第２及び第３工程ガスを制御できる。さらに、シランや酸素などの多様な種類の工程ガスを半導体基板Ｗの中央部Ｗ２及び中間部Ｗ１に供給することで、半導体基板Ｗ上の酸化膜蒸着の化学量論(stoichiometry)を向上できる。
【００４３】
図６に示すように、本発明の第４実施形態による上部ガス供給ノズル４０ｄのノズルカバー５０は、その底面が凸球面状、すなわち、シャワーヘッド(shower-head)状を有して形成される。また、前記ノズルカバー５０には、垂直方向に対して傾斜した複数の列のガス流入口６０がノズルカバー５０の中心軸から放射状に形成される。
【００４４】
前記ノズルカバー５０に形成された各ガス流入口６０は、各ガス流入口６０とノズルカバー５０の中心軸との距離が増加するにつれて、その直径または角度が徐々に増加している。例えば、第１列のガス流入口６０がノズルカバー５０の中心軸から１０ｍｍ離れ、第２列のガス流入口６０がノズルカバー５０の中心軸から１５ｍｍ離れ、第３列のガス流入口６０がノズルカバー５０の中心軸から２０ｍｍ離れている場合、前記第１列乃至第３列のガス流入口６０は、垂直方向に対して１５度、２０度、３０度の角度でそれぞれ傾くか、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍの直径をそれぞれ有する。このように、各ガス流入口６０の位置によってガス流入口６０の角度及び直径が変化されると、ノズルカバー５０に形成された各ガス流入口６０の位置上の差によって発生しえる不均衡を緩和することで、半導体基板Ｗ上に一層均一に膜を蒸着できる。
【００４５】
図６に示すように、前記ノズルカバー５０に各ガス流入口６０が形成された領域に対応する水平部４２の下面は、所定深さだけ窪んでおり、その結果、ガス供給流路４４を通過した第２工程ガスを前記各ガス流入口６０に分配するためのガス流入空間５３が形成される。
【００４６】
図７に示すように、本発明の第５実施形態による上部ガス供給ノズル４０ｅは、そのノズルカバー５０が平らな円盤状であることを除けば、図６の上部ガス供給ノズル４０ｄと類似しているので、それに対する詳しい説明は省略する。
【００４７】
一方、図１に示すように、工程チャンバー１０には、その内部にＮＦ３などのクリーニングガスを供給するために、上部ガス供給ノズル４０の周りにクリーニングガス流路７０がさらに設けられる。この場合、前記ノズル本体４１の水平部４２が工程チャンバー１０のチャンバーカバー１２と所定距離だけ離隔されると、工程チャンバー１０内の前記水平部４２とチャンバーカバー１２との間には、真空チャネル７１が前記クリーニングガス流路７０に連通して形成される。したがって、前記クリーニングガス流路７０を通過したクリーニングガスは、チャンバー本体１１の水平部４２によって屈折されてから工程チャンバー１０の内面に供給され、その結果、クリーニング工程時、工程チャンバー１０の内面を効果的にクリーニングできるようになる。一方、前記クリーニングガス流路７０は、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部７２に配管７３を通して連結される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による高密度プラズマ化学気相蒸着装置を示した断面図である。
【図２】図１の半導体基板Ｗを示した平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による高密度プラズマ化学気相蒸着装置の上部ガス供給ノズルを示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による高密度プラズマ化学気相蒸着装置の上部ガス供給ノズルを示した断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による高密度プラズマ化学気相蒸着装置の上部ガス供給ノズルを示した断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による高密度プラズマ化学気相蒸着装置の上部ガス供給ノズルを示した断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態による高密度プラズマ化学気相蒸着装置の上部ガス供給ノズルを示した断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  工程チャンバー
１１  チャンバー本体
１２  チャンバーカバー
１３  チャック
１４  誘導コイル
１５  高周波電源
１６  排出口
１７  排出管
１８  真空ポンプ
１９  圧力制御装置
２０  ガス分配リング
２１  ガス案内溝
２２  第１ガス供給部
２３，４６，７３  配管
３０，４０  ガス供給ノズル
４２  水平部
４５  第２ガス供給部
７０  クリーニングガス流路
７１  真空チャネル
７２  クリーニングガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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